改進(jìn) 拓展 探究 開發(fā)

蔣天林

教材向教師和學(xué)生提供了需要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也提供了教學(xué)素材與物理思想、方法.在實(shí)際教學(xué)過程中，教師可根據(jù)教學(xué)的要求、教學(xué)的實(shí)際、學(xué)生的認(rèn)知水平，靈活處理教材.物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，是物理探究式教學(xué)的重要載體.對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，合理取舍，本著最優(yōu)化的方案，使教材作為課程資源為教學(xué)服務(wù)，真正做到創(chuàng)造性用教材，而不是教教材.下面通過幾個(gè)具體的教學(xué)案例，介紹筆者在使用人教版高中物理教材時(shí)如何優(yōu)化教材中的實(shí)驗(yàn)教學(xué).

一、改進(jìn)教材中的演示實(shí)驗(yàn)

演示實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生加深對(duì)物理知識(shí)的理解，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.演示實(shí)驗(yàn)效果的好壞，直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的信任度和理解.筆者在教學(xué)中對(duì)一些現(xiàn)象不太明顯和不能完整表達(dá)物理知識(shí)或結(jié)論的演示實(shí)驗(yàn)做了適當(dāng)改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)效果較為明顯，便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和能夠完整表達(dá)相關(guān)的物理內(nèi)容.

如人教版教材楞次定律的教學(xué)，通過對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的探究，總結(jié)感應(yīng)電流的方向與磁通量變化的關(guān)系，教材中是通過靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)說明感應(yīng)電流的有無(wú)和方向的，實(shí)驗(yàn)前要先確定靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向與通入電流方向間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)因感應(yīng)電流大小和慣性的影響，指針的偏轉(zhuǎn)有點(diǎn)混亂，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯，不直觀.發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦钥梢耘卸ǜ袘?yīng)電流的方向，其發(fā)光的特性可以判定電路中有無(wú)感應(yīng)電流，因此，筆者對(duì)教材中的演示實(shí)驗(yàn)做了如下改進(jìn)：用紅色、綠色發(fā)光二極管代替靈敏電流計(jì)，如圖1，當(dāng)磁鐵在靠近、遠(yuǎn)離螺線管的過程中，通過紅色、綠色發(fā)光二極管是否發(fā)光很容易觀察到感應(yīng)電流的有無(wú)及方向，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一目了然.筆者在做自感、互感等許多電學(xué)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)都是用發(fā)光二極管代替靈敏電流計(jì)來(lái)做演示實(shí)驗(yàn)的.

又如通過如圖2所示，用小錘打擊彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，同時(shí)B球被松開，自由下落，A、B兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，觀察到兩球同時(shí)落地，說明了兩小球豎直方向運(yùn)動(dòng)相同，人教版教材通過這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)說明了平拋的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng).能否通過實(shí)驗(yàn)說明平拋的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)？筆者思考后，設(shè)計(jì)了如圖3的實(shí)驗(yàn)：將兩個(gè)完全相同的傾斜滑道固定在同一豎直平面內(nèi)，最下端水平，滑道2與光滑水平板吻接.把兩個(gè)質(zhì)量相等的小鋼球，從斜面的同一高度由靜止開始同時(shí)釋放，觀察到兩小球相碰，說明了兩小球水平方向運(yùn)動(dòng)相同，即平拋的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng).筆者進(jìn)一步思考：能否對(duì)教材中的這個(gè)實(shí)驗(yàn)做一些改進(jìn)，使它能同時(shí)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平、豎直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)？于是筆者設(shè)計(jì)了如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置.（圖中P1、P2、P3是電磁鐵，S1是電磁鐵P3的開關(guān)，S2是電磁鐵P1、P2的開關(guān)）.實(shí)驗(yàn)過程：（1）閉合開關(guān)S1、S2，讓電磁鐵P1、P3吸住小鋼材球A、B，斷開開關(guān)S2，A球下滑，撞開開關(guān)S1，使B球自由下落，觀察A、B兩小鋼球是否同時(shí)落地；（2）閉合開關(guān)S2，斷開開關(guān)S1，讓電磁鐵P1、P2吸住小鋼球A、C，斷開開關(guān)S2，A、C兩球同時(shí)下滑，觀察A、C兩小鋼球是否相碰.

二、拓展教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)

高考實(shí)驗(yàn)題大部分是從教材中的實(shí)驗(yàn)演變而來(lái)的，做到源于教材，高于教材，又不拘泥于教材，真正考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?這就要求我們高中物理教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q情境、改變條件、轉(zhuǎn)換角度等方面的拓展，從而達(dá)到縱向深化、橫向拓寬等效果，使學(xué)生在真正理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

例如，圖5是人教版3-5教材上《驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律》的實(shí)驗(yàn)裝置圖.

拓展1：利用該裝置如何探究A、B兩球的碰撞是否是彈性碰撞？

拓展2：如圖6所示：

①在木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙，并將木板豎直立于靠近槽口處，使小球A從斜槽軌道上某固定點(diǎn)C由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；

②將木板向右平移適當(dāng)?shù)木嚯x固定，再使小球A從原固定點(diǎn)C由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡P；

③把半徑相同的小球B靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球A仍從原固定點(diǎn)由靜止開始滾下，與小球B相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡M和N；

④重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②和③的操作，得到兩球落在斜面上的平均落點(diǎn)用刻度尺測(cè)量紙上O點(diǎn)到M、P、N三點(diǎn)的距離分別為y1、y2、y3.請(qǐng)你寫出用直接測(cè)量的物理量來(lái)驗(yàn)證兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式 （用所測(cè)物理量的字母表示）.

拓展3：如圖7所示，將木板放在水平槽末端與水平地面之間，形成了一個(gè)斜面，斜面的頂點(diǎn)與水平槽等高且無(wú)縫連接.重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟②和③的操作，得到兩球落在斜面上的平均落點(diǎn)M、P、N.用刻度尺測(cè)量斜面頂點(diǎn)到M、P、N三點(diǎn)的距離分別為x1、x2、x3.則驗(yàn)證兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為 （用所測(cè)物理量的字母表示）.

三、探究教材中的課外實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)目標(biāo)的基本手段，是手、眼、腦綜合運(yùn)用的過程，通過實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力、分析能力.實(shí)驗(yàn)不能僅僅限于課本上要求的實(shí)驗(yàn)，我們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)做一些大膽的創(chuàng)新，如對(duì)高中物理教材涉及的科技前沿中的一些與中學(xué)物理有關(guān)的課外實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步的探究，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)更大的空間，為學(xué)生能力的展現(xiàn)提供了更為寬闊的舞臺(tái)，留給學(xué)生更多發(fā)揮聰明才智的空間.在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，學(xué)生們各抒己見，提出了多種探究的方案，不知不覺地提升了學(xué)生的能力.

如人教版教材必修2《牛頓第二定律》“科學(xué)漫步”中介紹了“用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量”的思想.筆者在復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)合“神十女航天員王亞平的太空授課”的話題，引導(dǎo)學(xué)生探究：如何在太空中測(cè)量物體的質(zhì)量，激發(fā)起他們學(xué)習(xí)物理的興趣.

實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入：神十女航天員王亞平于北京時(shí)間2013年6月20日上午10點(diǎn)，在太空給地面的學(xué)生講課.我們知道在失重的太空中，物體和砝碼對(duì)天平兩臂上的托盤壓力為零，天平始終平衡，無(wú)法測(cè)量物體的質(zhì)量.太空教師王亞平問：“那么，航天員想知道自己是胖了還是瘦了，怎么稱重呢？”在神州十號(hào)，有一樣專門的“質(zhì)量測(cè)量?jī)x”.“太空授課”的助教聶海勝將自己固定在支架一端，王亞平將連接運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈簧拉到指定位置.松手后，拉力使彈簧回到初始位置.這樣，就測(cè)出了聶海勝的質(zhì)量——74千克.endprint

原理：用光柵測(cè)速裝置測(cè)量出支架復(fù)位的速度v和時(shí)間t，計(jì)算出加速度（a=），根據(jù)牛頓第二定律就能夠計(jì)算出物體的質(zhì)量（m=）.牛頓第二定律是一個(gè)在一切慣性空間內(nèi)普遍適用的物理定律，不因物體的引力環(huán)境、運(yùn)動(dòng)速度而改變，因此在太空和地面都是成立的.

同學(xué)們，如果你是一名航天員，在太空實(shí)驗(yàn)室中，如何測(cè)量物體的質(zhì)量呢？請(qǐng)每個(gè)學(xué)生至少設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案.3天后，物理課代表收齊了學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，筆者仔細(xì)批閱了每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，每一種方案選定一位代表，并與他們一一做了交流，分別給他們提出建議和要求，讓他們下一節(jié)在課堂上做交流.歸納起來(lái)主要是利用圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、動(dòng)量守恒三種方法測(cè)量太空中物體的質(zhì)量.

四、開發(fā)教材中的鋪墊實(shí)驗(yàn)

朱正元教授曾說：“說一千，道一萬(wàn)，不如實(shí)驗(yàn)看一看.”為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的強(qiáng)烈欲望，筆者在物理教學(xué)時(shí)，通過開發(fā)一些“新”“趣”“奇”“巧”的鋪墊實(shí)驗(yàn)，為物理教學(xué)做情境的創(chuàng)設(shè)和有效鋪墊，縮短物理概念和學(xué)生之間的距離，收到了“意想不到”的教學(xué)效果.

如人教版必修2《行星的運(yùn)動(dòng)》，課本上直接給出了開普勒第三定律的內(nèi)容，能否給學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究得出此結(jié)論呢？筆者在教學(xué)過程中是這樣處理的：（1）通過表1給出了太陽(yáng)系八大行星的公轉(zhuǎn)周期T、半長(zhǎng)軸a的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生先猜想T與a可能的關(guān)系，然后再利用線性關(guān)系圖象尋找它們的關(guān)系.學(xué)生猜想行星的公轉(zhuǎn)周期T與半長(zhǎng)軸a可能的關(guān)系有：T∝a、T∝a2、T∝a3、T∝a、T∝a……筆者在課堂上通過Excel一一作出學(xué)生猜想的各種關(guān)系圖象，最后得到了如圖8所示的線性關(guān)系圖象.學(xué)生通過該圖象得出了：T∝a，即是常數(shù)，=k；（2）通過表2給出太陽(yáng)系八大行星、月球、地球同步衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期T、半長(zhǎng)軸a、k的數(shù)據(jù)，學(xué)生由表中數(shù)據(jù)很容易得到：k值與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)，與中心天體有關(guān).

教材聯(lián)系著編者、教者、學(xué)生，如何進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一，獲得最大化的教學(xué)效益，這是我們每個(gè)教師不懈追求的目標(biāo).教材內(nèi)容是固定的，但教學(xué)內(nèi)容是可選擇的.在教材內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容之間，實(shí)際上存在著許多需要重新整合、優(yōu)化的地方，這要求教師要有創(chuàng)造性教學(xué)的意識(shí)和能力，物理教師應(yīng)依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生認(rèn)知的水平、具體的教學(xué)情境以及自身對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，對(duì)教材內(nèi)容重新進(jìn)行整合、優(yōu)化，合理組織教學(xué)內(nèi)容，真正做到 “用教材教”，達(dá)到“教無(wú)定法”“以學(xué)定教”的境界.endprint